化工工藝管道設(shè)計的配管注意事項研究

孫源鶴

（南京英凱工程設(shè)計有限公司，江蘇南京 21000）

在化工領(lǐng)域，石油、天然氣及各種危險化學品是主要的原料，通過諸多的物理和化學反應(yīng)，從而生產(chǎn)各種有價值的產(chǎn)品。由于可能存在苛刻的操作條件比如長期與高溫和高壓化學品接觸，化學管壁會受到不同溫度和濃度的酸堿鹽的腐蝕，也會受到氣相以及液相的快速沖擊的影響，從而容易腐蝕以及剝落管壁的材料，并帶來很多的安全隱患，這就對工藝配管的設(shè)計提出了更高的要求。管道是化工行業(yè)設(shè)備的重要連接部件，系統(tǒng)各部分的設(shè)計應(yīng)保證統(tǒng)一性，并根據(jù)實際情況進行調(diào)整以及管路設(shè)計的優(yōu)化，使管路的設(shè)計契合實際，確保管道設(shè)計的參數(shù)和結(jié)構(gòu)布置的合理性，最大限度地提高管道設(shè)計的質(zhì)量，為安全生產(chǎn)和公司經(jīng)濟效益的提升打下基礎(chǔ)，所以應(yīng)特別注意化學工藝當中的配管設(shè)計。

本文對化工工藝管道設(shè)計的配管注意事項進行了研究。

1 化學工藝的管道設(shè)計要求以及考慮因素

1.1 基本的要求

化學工藝管道的設(shè)計必須滿足下面幾點要求：首先，契合化學工藝的流程需求。其次，管道閥門操作的管理較為方便，能保證化工生產(chǎn)的安全性。再次，管道的安裝以及維護較為方便。最后，管道較為齊整以及美觀，能夠節(jié)省基本的材料以及成本。

1.2 需要考慮的要素

設(shè)計化工工藝管道時，應(yīng)考慮以下因素：一些化學介質(zhì)可能具有很高的腐蝕性，會加速管道的老化。另外，在運輸易燃易爆物料時，除需用法蘭連接外，均應(yīng)采用焊接連接。高溫管道在配管設(shè)計時需考慮熱應(yīng)力的影響，并且采用合理的柔性配管設(shè)計方案。其次，為方便施工、操作以及維護，需要減少彎管以及相交節(jié)點的數(shù)量，并合理布置管道的位置。如果分支太多，則需要進一步優(yōu)化管道的布局。其次，考慮安全生產(chǎn)的必要性。例如，埋在地下的管道應(yīng)裝有套管，套管應(yīng)接地以防止靜電流的危害。輸送具有腐蝕性物質(zhì)的管道和公用工程管道布置在同一管架采用多層布置時，腐蝕性物料管道應(yīng)布置在下層，高溫管道布置在上層。最后，其他因素：包括環(huán)境因素、基于鄰近性原理的管道路線設(shè)計以及成本因素等。例如在寒冷的冬天需要避免管道的凍結(jié)帶來的影響，北方建設(shè)項目需考慮采用耐低溫管道材料，易凝結(jié)介質(zhì)管道需采取伴熱措施。

1.3 基本的原則

化學工藝管道的管道設(shè)計應(yīng)根據(jù)以下原則進行設(shè)計：首先，管道布置設(shè)計人員需要認真掌握相關(guān)的技術(shù)標準、規(guī)范和手冊等技術(shù)要求。其次，設(shè)計人員需根據(jù)化工工藝流程圖和設(shè)備布置確定大體的總管布置走向和位置。在此階段需與業(yè)主保持溝通和反饋，以便了解業(yè)主的預想方案，盡量滿足其要求設(shè)計。

2 化工工藝的管道設(shè)計中的配管注意事項

2.1 化工過程管道的材料選擇以及耐蝕性

化工物料例如強酸以及強堿，具有高度的腐蝕性，并且容易與管道發(fā)生化學反應(yīng)而損壞管道。腐蝕的發(fā)生不僅與管道材料、化學原料以及產(chǎn)品的性質(zhì)有關(guān)，而且與溫度、濕度以及流速等許多因素有關(guān)。

化學管道的防腐，首先需要確保管道在工作條件下不會與化學原料以及產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)。由于使用不同的介質(zhì)來生產(chǎn)化學品，因此第一步是為化學品的管道選擇具有防腐功能的管道。當今市場上常見的管道材料包括金屬、塑料、玻璃以及復合型的材料，但是各種管道材料都有其獨特的優(yōu)缺點、實際情況以及應(yīng)用的條件，需要根據(jù)實際的需要來做出相應(yīng)的選擇。

化工管道的材質(zhì)種類很多，在材料選取時應(yīng)考慮其在操作工況下的適用性。碳素鋼、碳錳鋼的使用溫度不應(yīng)該高于425℃。低溫管道應(yīng)該采用鎮(zhèn)靜鋼。低合金鋼、碳素鋼的管道設(shè)計溫度等于或者低于-20℃時應(yīng)做低溫沖擊試驗。近年來，由于材料工程的飛速發(fā)展，通過將金屬材料的優(yōu)異機械性能與塑料、樹脂以及玻璃相結(jié)合，出現(xiàn)了用途廣泛的復合材料。它具有良好的抗耐性，同時具有金屬材料的優(yōu)異機械性能，從而最大限度地發(fā)揮了各種材料的優(yōu)勢并相互補充。

在管道設(shè)計時，除了要考慮其耐腐蝕性、耐高溫和耐壓性以及適用性之外，還要權(quán)衡其經(jīng)濟效益并全面地考慮其經(jīng)濟性以及安全性。需要嚴格計算其使用的壽命、預算以及其他的參數(shù)，并合理地選擇管道。應(yīng)嚴格按照以下原則來選擇管道的材料：①基于管道的壓力、溫度以及化學性質(zhì)等多種參數(shù)，綜合確定管道材料的選擇范圍。②對范圍內(nèi)的幾種候選管道的成本、使用壽命、維護成本以及化學制品的生產(chǎn)收入，以優(yōu)化經(jīng)濟效益進行比較。③具體問題具體分析，為特殊情況選擇合適的管道。化工生產(chǎn)是一個動態(tài)過程，管道設(shè)計護也需要根據(jù)實際情況及時進行調(diào)整，基于安全和經(jīng)濟原則來優(yōu)化配管，進行靈活設(shè)計。

2.2 蒸汽支管相關(guān)的設(shè)計

（1）蒸汽管道宜架空采用管架布置，不應(yīng)埋地敷設(shè)。蒸汽支管應(yīng)從主管的頂部引出，作為重要的公共管道，蒸汽管道必須十分的經(jīng)濟、美觀以及安全。當支管上需設(shè)置切斷閥時，此閥門應(yīng)該布置在靠近蒸汽主管的水平管道上。

（2）在蒸汽管道的π 型補償器上，不得引出支管。在靠近π 型補償器兩側(cè)的直管上引出支管時，支管不應(yīng)妨礙主管的位移。因主管熱脹而產(chǎn)生的支管引出點的位移，不應(yīng)使支管承受過大的應(yīng)力。采用管道連接使主管或支管的蒸汽引接到工藝設(shè)備或者管道上時，應(yīng)將其設(shè)計為三閥組。在兩個切斷閥之間設(shè)有可隨時打開以及關(guān)閉的檢查閥，以便于隨時檢查發(fā)現(xiàn)蒸汽泄漏，以保障蒸汽管的安全性。

2.3 蒸汽凝水管道相關(guān)的設(shè)計

在許多情況下，排水管與蒸汽管位于管架上的同一高度。不同壓力的蒸汽凝結(jié)水應(yīng)送至各自的凝結(jié)水回收管。如果支管的直徑為50mm 或更大，冷凝水應(yīng)沿著介質(zhì)流入45°回收管，這樣設(shè)計可以減小凝結(jié)水管道的壓力降，不要將疏水閥的入口管做成袋狀。此外，疏水閥的出口管道應(yīng)盡量減少彎曲，減少向上的管線。如果回收管線的位置高于疏水閥的設(shè)計位置，在疏水閥后面應(yīng)當設(shè)置止回閥。

2.4 管廊上管道相關(guān)的設(shè)計

管廊上的管道種類包括工藝物料管道，公用工程介質(zhì)管道及其輔助的儀表電纜橋架。工藝物料管道包括進出裝置的原料、產(chǎn)品、廢氣和廢水等。公用工程介質(zhì)管道包括蒸汽、冷凝水、氮氣、空氣和循環(huán)水等。為了達到管廊管道的合理布局需要，設(shè)計中通常將大直徑的管子靠近管廊的柱子布置。若是單柱管廊，應(yīng)當盡量保證兩邊的重量均衡，這樣可以減小彎矩。在實際設(shè)計工作中，對于管道比較多的管廊可以將其布置成上下兩層或三層，輸送液體、腐蝕性介質(zhì)、液化烴等管道應(yīng)當布置在管架的下層，輸送熱介質(zhì)管道、蒸汽、氮氣等管道應(yīng)當布置在上層。低溫管道應(yīng)當遠離熱介質(zhì)管道。高溫管道需考慮熱應(yīng)力的影響采用柔性設(shè)計。管道采用45°彎頭引出至兩側(cè)可以減小兩層管廊的高度差。

2.5 安全閥的管道設(shè)計

安全閥應(yīng)當安裝在壓力穩(wěn)定和盡量靠近被保護的管道上，一般采用豎向垂直安裝。閥門入口管道的直徑不得小于安全閥進口的直徑。安全閥的出口管道排向大氣時不得朝向平臺、梯子等。當安全閥的進口或者出口管道上裝有切斷閥時，應(yīng)當設(shè)置為鉛封開。當排向總管的介質(zhì)有凝液或容易凝結(jié)的氣體時，安全閥出口的位置應(yīng)當高于總管的位置。如果低于總管則應(yīng)該在低處采用排液設(shè)計。

3 化工工藝中管道設(shè)計的優(yōu)化

在設(shè)計化學工藝管道時，必須仔細地考慮到管道中氣體以及液體的性質(zhì)并進行科學設(shè)計。在化工泵的入口以及出口管道的設(shè)計中，泵的入口管道應(yīng)當采用短而直的布置，但還應(yīng)當考慮具有一定的柔性。出口管道的設(shè)計重心是需考慮管道上閥門操作方便。同心異徑管安裝在化學泵的出口處垂直管上，偏心異徑管應(yīng)設(shè)置在臥式泵的進口處以及頂部，以防止液體在管道中積聚。管道設(shè)計過程中，需要基于工藝的流程對管道進行整體的布局，以使管道盡可能短，并減少壓力上的損失。管道的合理設(shè)計需要過程的合理設(shè)計為前提，化工企業(yè)需要遵守相應(yīng)的環(huán)境保護的原則，考慮制造設(shè)備的維護成本、具體環(huán)境、安全性能以及建造成本等。采取措施來改善三種廢物的后處理相應(yīng)的環(huán)節(jié)，并對對應(yīng)的工藝流程進行設(shè)計優(yōu)化。

化工裝置的各種設(shè)備采用管道連接，工藝設(shè)備的合理布置對于化學管道的合理布局十分的重要。在確定設(shè)備布置方案時，應(yīng)該預先考慮管道布置的走向和空間，例如在確定塔的設(shè)備布置時，需同時考慮將塔的周圍區(qū)域劃分為操作檢修側(cè)和管道布置側(cè)。管道應(yīng)盡可能沿塔布置，應(yīng)首先考慮大管道和重力流管道的設(shè)計。塔頂油氣管道去冷凝設(shè)備管線應(yīng)采用步步低設(shè)計來避免袋形。

管架起到支持管道以及固定系統(tǒng)的作用。應(yīng)根據(jù)管架之間的距離以及管架的承載能力，合理選擇管架的材料和管架的設(shè)計方式。不合理的管道設(shè)計會給管道造成不必要的壓力，增加損壞管道、連接件以及閥門的可能性，并帶來很大的安全隱患。一般來說，在設(shè)計化學過程管道時，需要符合這些原則：首先，輸送極、高度毒性介質(zhì)、可燃介質(zhì)或者操作條件比較苛刻的管道，宜使用無縫鋼管。其次，輸送有毒和可燃物質(zhì)的管道法蘭不能用板式平焊式。輸送劇毒物質(zhì)的管道不可以采用脆性材料。最后，夾套管的內(nèi)管宜選取無縫管，氧氣管道應(yīng)進行脫脂處理。

4 結(jié)束語

化工裝置管道的設(shè)計十分復雜，內(nèi)容比較的廣泛，安全事故導致的后果十分嚴重，部分是由于配管的不合理設(shè)計。化工產(chǎn)品可能具有很強的腐蝕性酸，在特殊條件下，需要管道承受高溫以及高壓，對設(shè)計的要求很高。所以，在實際設(shè)計化工工藝的管道時，為了提高設(shè)計的質(zhì)量并確保管道能夠正常運行，需要從各個方面入手，對總管、支管、放空、排液設(shè)施以及管廊管道等設(shè)計環(huán)節(jié)的質(zhì)量加以控制，審慎地進行相關(guān)的設(shè)計，為工作有序開展奠定扎實基礎(chǔ)，以便成功地完成相應(yīng)的設(shè)計工作。